过程装备与控制工程毕业设计.docx

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过程装备与控制工程毕业设计

摘要

过程装备与控制工程是我校的强势学科教育部并且实施了“卓越工程师培养计划”，本专业就业前景十分广泛。

在大学期间应了解并掌握其独特的过程单元设备和工程技术，如混合工程、反应工程、分离工程及其设备等并对过程装备及其系统的状态和工况进行监测、控制，以确保生产工艺有序稳定运行，提高过程设备的可靠度和功能可利用度。

在大学期间要牢固的掌握其基础知识以及原理，为今后的就业打下扎实的基础。

本门课程主要让我们了解了智能无损检测技术、过程装备密封技术、压力容器技术、过程与过程机械、化学反应过程及设备综述以及安全评价等。

关键词;专业介绍；密封技术；过程装备控制技术；安全评价；卓越工程师；大学规划；

目录

第1章个人对专业的认识

1.1过程装备与控制工程学科研究的特点、趋势和前沿............1

1.2过程装备与控制工程学科发展与振兴我国制造业...............5

1.3化工机械学科专业的昨天、今天和明天.......................6

1.4过程装备密封技术进展.....................................7

1.5过程装备控制技术及应用..................................8

1.6安全评价...............................................10

1.7机械设备状态监测与故障诊断技术.........................11

第2章发展方向和个人规划

2.1卓越工程师教育培养计划.................................13

2.2“卓越计划”通用标准....................................16

2.3个人职业规划............................................17

参考文献....................................................19

致谢........................................................20

第1章个人对专业的认识

1.1过程装备与控制工程学科研究的特点、趋势和前沿

1.1.1过程装备与控制工程的产生是工程科学发展的必然

现代人越来越依赖高度机械化、自动化和智能化的产业来创造财富，必然要求越来越高度机械化、自动化和智能化的过程装备与控制工程。

现代过程装备与控制系统是现代人类文明的标志之一。

工程是人类将现有状态改造成所需状态的实践活动，而工程科学是关于工程实践的科学基础。

现代过程装备与控制工程是工程科学的一个分支，因此过程装备与控制工程学科具有强大的生命力和广阔的发展前景。

1.1.2过程装备与控制工程学科研究的主要特点

装备与控制工程是加工制造流程性材料的由过程单元设备和机泵群通过管路，阀等连成的机电仪监控一体化的连续性复杂系统。

过程装备与生产工艺即加工流程性材料紧密结合，有独特的过程单元设备和工程技术，与一般机械设备完全不同，有其独特之处。

控制工程是指对过程装备及其系统的状态和工况进行监测、控制，以确保生产工艺有序稳定进行，提高过程装备的可靠度和功能可利用度。

过程装备与控制工程是指机、电、仪一体化连续的复杂系统，系统中的各部分均互相关联、互相作用和互相制约，任何一点发生故障都会影响整个系统，并且长周期稳定运行，又由于加工的过程材料有些易燃易爆、有毒或者加工要在高温、高压下进行，系统的安全可靠性十分重要。

过程装备与控制工程的特点就决定了过程装备与控制工程学科研究的领域十分宽广，涉及到机械、化工、材料、动力、电、信息、控制与自动化、腐蚀与防护等多个专业领域。

过程装备与控制工程学科的特点与绝大多数学科是不同的。

其主要特点，一是要以机电工程为主干与工艺过程密切结合，创新单元工艺设备，二是要善于博采众长、综合集成，把诸多学科最新研究成果之他山之石为我所用。

要善于把相关学科开的花移植到过程装备与控制工程学科结出果，因此，密切关注其它学科的新的发展动向，博采众长，综合集成，不断创新过程装备与控制工程学科是我们的重要研究方向。

1.1.3过程装备与控制工程学科发展的趋势和前沿

全生命周期的设计/制造正成为研究的重要发展趋势。

由过去单纯的考虑正常使用的设计，前后延伸到考虑建造、生产、使用、维修、废弃、回收和再利用在内的全生命周期的综合决策。

工程科学的研究尺度向两极延伸，以及广泛的学科交叉、融合，推动了工程科学不断深入、不断精细化，同时也提出了更高的前沿科学问题，尤其是计算机科学和信息技术的发展冲击着每个工程科学领域，影响着学科的基础格局。

产品的个性化、多样化和标准化已经成为工程领域竞争力的标志，要求产品更精细、灵巧并满足特殊的功能要求，产品创新和功能扩展/强化是工程科学研究的首要目标，柔性制造和快速重组技术在大流程工业中也得到了重视。

可持续发展的战略思想渗透到工程科学的多个方面，表现了人类社会与自然相协调发展的趋势。

1.2过程装备与控制工程学科发展与振兴我国制造业

1998年3月教育部应上届教学指导委员会建议正式批准建立了“过程装备与控制工程”专业，是适合我国国情，具有中国特色的一门新型交叉学科。

过程装备与控制工程的学科特点决定了它与过程工业、装备制造业和服务型制造业密切相关。

过程工业是国民经济的支柱产业；是发展经济提高我国国际竞争力的不可缺少的基础；过程工业是提高人民生活水平的基础；过程工业是保障国家安全、打赢现代战争的重要支撑，没有过程工业就没有强大的国防；过程工业是实现经济、社会发展与自然相协调从而实现可持续发展的重要基础和手段。

装备制造业是为国民经济和国防建设提供技术装备的基础产业，振兴装备制造业，是提高我国国际竞争力，实现国民经济全面、协调和可持续发展的战略举措。

服务型制造业有助于使中国经济高投入的增长模式转变为高附加价值的增长模式；缓解中国区域经济发展不平衡，促进大中型企业的国际化，带动中小型企业的快速发展1,；提升企业创造价值的能力和成套服务能力，从而提升装备制造业的整体水平和国际竞争力。

过程装备与控制工程是一个新兴的学科，是博采诸多自然科学学科的成果而综合集成的一项工程技术，而且过程装备与控制工程学科也应对自然科学的的发展做出贡献。

高素质的工程师源于高质量的工程教育。

要培养高素质的工程师，工科高等教育特别是过程装备与控制工程学科必须改革和创新。

应注意以下几点：

（1）科学研究要与工程实践相结合

（2）应鼓励学科交叉与团队协作

（3）培养有终生学习能力的人才

（4）工程教育应该以培养工程师为主要目标，要坚持产学相结合，鼓励毕业生到生产第一线去。

1.3化工机械学科专业的昨天、今天和明天

在化工设备与机械专业近半个世纪的发展过程中，一批专业前辈们付出了毕生的心血。

在几代人的努力下不断壮大的化工设备与机械专业为国家培养了一大批优秀专业人才，化工机械专业的毕业生一直是供不应求，化工机械专业成了人所共知的名牌专业。

纵观上个世纪50年的发展过程，化工设备与机械专业的突出成绩是体现在人才培养上，科研和学科建设虽有成就，但也走了不少弯路，主要是过分注重了强度设计，眼光多集中于单台设备，没有充分发挥工艺和机械交叉的特色。

更名后的过程装备与控制工程专业的课程体系发生了较大的变化，主要体现在加强基础、拓宽知识面和精简专业课程。

目前个小的专业科室都做了很大压缩，增加了选修课，特别是加强了控制与计算机技术方面的学习。

专业更名后，特别是在本课教学质量评估的推动下，各校加强了专业实验建设，主要做法是增加控制方面的实验，增加研究性和设计性试验，提高实验装置的综合性和先进性。

近些年由于扩招后实习人数增加，实习经费不足等原因，过程装备与控制工程专业实习安排难度大，校外实习效果不理想。

为此，各学校都利用各自的优势拓展实习途径，并建立校内实习基地，实行校内外相结合的实习模式。

近十年来，化工过程机械学科建设在内涵发展和学科交叉两方面下功夫。

科研领域由化工。

石油化工向轻工、医疗、军工、环保和安全等领域扩展，科研内容由以强度分析为主的单台设备设计与开发向工艺和设备一体化、装备和信息技术结合、装置可靠性及延寿分析、极限条件下的设备设计与开发等方向发展；科研项目由解决具体设备技术问题为主的横向科研向承担国家重大装备技术和企业关键工程技术方向扩展。

在国家大力振兴装备制造业、提倡自主创新和加大重大装备国产化进程的有利条件下，化工过程机械学科应抓住这个难得的机遇，发扬学科交叉和集成创新优势，瞄准国家和企业发展过程中需要解决的重点学科和技术问题，进一步加强机械、工艺和信息技术的结合，进一步加强在能源、环保和安全领域的发展，进一步加强专业队伍建设。

1.4过程装备密封技术进展

1.4.1密封的定义

密封的定义密封类是类的一种，用sealed修饰，不能用作基类。

因此，它也不能是抽象类。

密封类主要用于防止派生。

密封类可以用来限制扩展性。

当在程序中密封了某个类时，其他类不能从该密封类继承。

使用密封类可以防止对类型进行自定义，这种特性在某些情况下与面向对象编程技术的灵活性和可扩展性是相抵触的。

通常不建议使用密封的方法来处理类。

1.4.2密封的分类

密封可分为静密封和动密封两大类。

静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。

根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。

中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。

动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。

按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封，按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。

动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。

根据密封面的接触情况分为：

接触式密封和非接触式密封。

接触式密封：

密封面之间互相接触、贴紧、或嵌合。

如卡扎里密封、伍德密封、机械密封、填料密封等。

非接触式密封：

密封面之间留有间隙。

如迷宫密封、螺旋密封、迷宫—螺旋密封、浮环密封、磁流体密封等。

具备两者：

低速为接触式密封，高速为非接触式密封，螺旋槽密封。

1.4.3流体密封常用方法

1.全封闭或部分封闭，将机械或设备用机壳（罩）全部或部分封闭起来。

全封闭如：

屏蔽泵、增压注水泵。

部分封闭例子如：

磁力传动泵。

2.填塞或阻塞用密封件堵塞泄漏处。

如橡胶O形密封圈、石棉橡胶垫、石棉垫、四氟垫、金属C形环、金属八角形环、金属包密封垫等。

用流体阻塞被密封流体

3.分隔和间隔。

利用密封件将空间分隔如：

机械密封。

利用流体作为中间密封流体如:

双断面密封。

4.引入或注入。

将泄漏流体引入吸入室或低压吸入侧

5.流阻或反压。

1.5过程装备控制技术及应用

1.5.1过程装备控制目的及意义

加快生产速度降低生产成本，提高产品产量和质量减轻劳动强度改善劳动条件能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备用寿命提高设备利用率保障人身安全的目的生产过程自动化的实现能根本改变劳动方式提高工人文化技术水平以适应当代信息技术革和信息产业命的需要

1.5.2过程装备控制系统的分类

自动检测系统，利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、指示或记录的部分作用是对过程信息的获取与记录作用

自动信号联锁保护系统对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置是生产过程中的一种安全装置自动操纵及自动开停车系统自动操纵系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作自动开停车系统，可以按照预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运行或自动停车自动控制系统对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰的响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的数值范围内。

过程装备控制系统的组成检测仪表，包括各种参数的测量和变送显示仪表，包括模拟量显示和数字量显示控制仪表，包括气动、电动控制仪表及数字式控制器执行器，包括气动、电动、液动等执行器简单控制系统简单控制系统通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器，一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统简单控制系统简单控制系统由四个基本环节组成即被控对象、测量变送装置，控制器和执行器。

简单控制系统设计及投运被控变量的选择（生产过程中希望借助自动控制保持恒定值或按一定规律变化的变量称为被控变量，从工艺合理性考虑尝尝选择温度作为被控变量）操纵变量的选择，控制器控制规律的选择及参数整定，控制规律的选择，控制器参数的工程整定，控制系统的投运及操作中的常见问题，控制系统的投运，控制系统操作中的常见问题。

1.5.3操纵变量的选择和影响

操纵变量的选择：

在自动控制系统中，把用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量称为操纵变量最常见的操纵变量是介质的流量

操纵变量的影响：

干扰变量由于干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定值操纵变量由控制通道施加在对象上使被控变量回复到给定值起着校正作用。

操纵变量的选择原则：

操纵变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。

操纵变量一般应比其他干扰对被控变量的影响更加灵敏，在选择操纵变量时，除了从自动化角度考虑外，还要考虑工艺的合理性和生产的经济性。

1.5.4控制器控制规律的原则及参数整定

控制器参数的工程整定：

按照已定的控制方案求取使控制质量最好的控制器参数值。

即确定就合适的控制器比例度、积分时间和微分时间。

几种常用的工程整定法：

1.临界比例度法（先通过实验得到临界比例度和临界周期，然后根据经验总结出来的关系求出控制器各参数值）

2.衰减曲线法（通过系统产生的衰减震荡来整定控制器的参数值）

3.经验凑试法（根据经验先将控制器参数放在一个数值上，直接在闭环的控制系统中，通过改变给定值施加干扰，在记录仪上观察过渡过程曲线）

1.5.5先进控制系统

先进控制系统是指化工工艺、化学工程计算机、仪表、过程控制理论与先进控制技术进行有机结合而形成的一种新型控制系统。

采用先进控制可提高系统的控制适应能力，克服由于系统本身的时变性、非线性、不稳定性、外部扰动的随机性及不可检测等带来的问题。

先进的控制方法特别是预估控制技术、组分推断控制、模糊控制、神经网络技术、自适应控制、故障诊断等在生产过程中已得到实际应用并取得良好的效果。

1.5.6过程装备控制技术课程意义

通过这门课程的学习应能了解主要工艺参数的检测方法及其仪表的工作原理及特点。

能根据工艺要求正确地选用常见的检测仪表及控制仪表。

能了解过程装备控制的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的。

能根据工艺的需要和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案。

能为自控设计提供正确的工艺条件和数据。

能为生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定。

能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。

1.6安全评价

1.6.1定义以及内涵

安全评价，也称为风险评价和微信评价自己，实现安全为目的的应用安全系统工程原理和方法辨识和分析工程、系统、生产经营活动中的危险有害因素，预测发生事故造成职业危害的可能性及其严重程度，提出科学，合理，可行的安全对策措施建议，作出评价结论。

内涵：

依据国家及相关部门颁布的法律法规，标准规范采用系统安全工程对特定的区域、工程、装置、设施、设备，从区域规划、总图布局、工艺流程、工艺控制、安全设施、岗位设置、个体防护措施、安全管理、事故应急救援等方面的安全性进行论证，评价及法律法规、标准规范的符合性，可能发生事故的控制性、事故后果的可接受性。

对不符合要求和不可接受项目提出对策措施，达到安全的目的，无法整改的重大隐患采取关、停、下马等措施。

1.6.2安全评价国外发展情况

1964年美国道（DOW）化学公司根据化工生产的特点，首先开发出“火灾、爆炸危险指数评价法”，用于对化工装置进行安全评价，该法已修订6次，1993年已发展到第七版。

1974年英国帝国化学公司蒙德部在道化学公司评价方法的基础上引进了毒性概念，并发展了某些补偿系数，提出了“蒙德火灾、爆炸、毒性指标评价法”。

1974年美国原子能委员会在没有核电站事故先例的情况下，应用系统安全工程分析方法，提出了著名的《核电站风险报告》（WASH-1400），并被以后发生的核电站事故所证实。

1976年日本劳动省颁布了“化工厂安全评价六阶段法”。

日本《劳动安全卫生法》规定由劳动基准监督署对建设项目实行事先审查和许可证制度；美国对重要工程项目的竣工、投产都要求进行安全评价；英国政府规定，凡未进行安全评价的新建生产经营单位不准开工；欧共体1982年颁布《关于工业活动中重大危险源的指令》，欧共体成员国陆续制定了相应的法律；国际劳工组织（ILO）也先后公布了1988年的《重大事故控制指南》、1990年的《重大工业事故预防实用规程》和1992年的《工作中安全使用化学品实用规程》，对安全评价提出了要求。

2002年欧盟未来化学品白皮书中，明确危险化学品的登记及风险评价，作为政府的强制性的指令。

1.6.3开展安全评价前期准备、危险有害因素辨识

1.基础资料（评价项目概况），信息采集

2.采集安全评价所需的法律法规信息

3.采集与安全评价对象相关的事故案例信息

4.采集安全评价过程中涉及的人、机、物、法、环基础技术资料。

1.6.4开展安全评价划分评价单元、选择评价方法

划分评价单元原则：

1.具有相似工艺过程的装备（设备）应划分为一个评价单元。

2.场所（地理）位置相邻的装备（设备）划分为一个单元。

3.独立的工艺过程可划分为一个评价单元。

选择评价方法：

1.定性：

安全检查表、专家现场询问观察法因素图分析法，事故引发和发展分析、作业条件危险性评价法、故障类型和影响分析、危险可操作性研究等

2.定量：

概率风险评价法、伤害（或破坏）范围评价法、危险指数评价法、道化学公司火灾爆炸危险指数评价法、蒙德火灾爆炸毒性指数评价法、易燃易爆有毒重大危险源评价法。

1.7机械设备状态监测与故障诊断技术

1.7.1基本概念和值得注意的地方

机械设备状态监测的思想来源于医学健康监测

基本概念：

:

通过测量和监视设备的运行状态信息和特征参数，根据测量值与规定的正常值来做从而诊断设备的工作状态是否正常、监测设备状态的变化趋势，并提供维修决策支持。

需要注意的地方：

在设备运行或基本不拆的情况下对设备工作状态进行评价确定设备的整体和局部是否工作正常发现早期故障及其原因掌握设备状态的变化史预报状态发展趋势。

1.7.2监测与诊断的关系

1.机械设备状态监测与故障诊断既有区别又有联系是同一学科的两个层次。

2.状态监测也称为简易诊断一般是通过测定设备的某些较为单一的特征参数（如振动温度，压力等）来检查设备状态，并根据特征参数值与门限值之间的关系来决定设备的状态

3.如果对设备进行定期和连续的状态监测，便可获得有关设备状态变化的趋势规律，据此可预测和预报设备的将来状态，通常这就叫做趋势分析。

4.故障诊断也称为精密诊断，不仅要掌握设备的状态正常与否，同时还需要对产生故障的原因、部位、以及故障的严重程度进行深入的分析和判断。

故障诊断设备故障诊断不仅要查出设备是否正常，还要对设备发生故障的部位，产生故障的原因，故障的性质和程度给出深入的分析和判断。

二者的关系：

检测是手段诊断是目的，监测是诊断的前提诊断是监测的最终结果，状态监测更关注检测技术和数据处理，故障诊断更关注故障机理与维修策略，有人比喻成护士与医生的关系。

1.7.3设备的重要性、发生故障的原因和维护的重要性

重要性：

现在工业的特点，大型化、连续化、高速化和自动化，现在工业对设备的依赖程度，设备发生故障而停工造成的损失巨大，维修费用大幅提升同时可能招致重大事故

设备故障产生的原因：

设计，制造，安装的原因，维护方法的不当，超负荷使用

设备维护的重要性:

提高设备运行的可靠性，减少设备故障导致的维修费用，提高产品的质量。

1.7.4常用的设备维护体制

1.故障后维修：

是指允许设备运行到故障损坏为止而不预先采取措施

优点:

不需要安排计划，对一些设备更换比维修更便宜

缺点:

意外停机引起生产损失，灾难性的设备事故，库存备件投资多，引起设备的二次损坏

2.计划维修：

是指按企业的维修计划进行的维修，例如按预定的时间间隔和检测周期对设备做维修调整和更换备件

优点：

机器运行寿命相对较长、减少意外停机、备件库存较少

缺点：

不能防止计划之外的突发事故、过剩维修导致维修费用增加、过剩维修引起人为，没修故障，不走维修引起设备二次损坏

3.预知维修：

是以设备状态监测和预测为基础的一种维修方式是维修方式的一种高级发展形势

优点：

减少非计划停机损失、延长维修时间间隔、大大减少库存备件、减少维修费用、过剩维修减到最少

缺点：

需要初始投资、需要学习培训

4.主动维修：

是指对导致设备损坏的根源性参数进行修复，从而有效防止失效的发生，延长设备的使用寿命，是继事后维修、计划维修、预知维修之后国际上近年来提出的一种新设备管理理念。

1.7.5状态监测技术

状态监测技术诊断软件的首要任务是监测设备是否有故障，软件是否含专家系统，能够将所测得的振动水平与一系列预告报警值进行比较，用户则需要仔细分析所提供的“异常报告”，从而确定哪台机器可能有故障。

最后，在维修完成以后，我们还需要采取一些措施来检验故障是否排除，确定维修的效果以及设备的继续工作能力。

这就是我们前面所说的校检阶段。

状态监测技术的发展趋势是诊断技术与诊断系统紧密结合;机器状态监测和过程检测将融为一体；自动诊断和在线系统的应用将增加；最新技术将更广泛地应用在该领域。

第2章发展方向和个人规划

2.1卓越工程师教育培养计划

2.1.1介绍

教育部“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），是贯彻落工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。

该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。

截止2010年，我国开设工科专业的本科高校1003所，占本科高校总数的90%；高等工程教育的本科在校生达到371万人，研究生47万人。

该计划对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。

2.1.2主要目标

面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势增强我国的核心竞争力和综合国力。

以实施卓越计划为突破口，促进工程教育改革和创新，全面提高我国工程教育人才培养质量，努力建设具有世界先进水平、中国特色的社会主义现代高等工程教育体系，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国。

2.1.3基本原则和实施领域

遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则。

联合有关部门和单位制定相关的配套支持政策，提出行业领域人才培养需求，指导高校和企业在本行业领域实施卓越计划。

支持不同类型的高校参与卓越计划，高校在工程型人才培养类型上各有侧重。

参与卓越计划的高校和企业通过校企合作途径联合培养人才，要充分考虑行业的多样性和对工程型人才需求的多样性，采取多种方式培养工程师后备人才。

卓越计划实施的专业包括传统产业和战略性新兴产业的相关专业。

要特别重视国家产业结构调整和发展战略性新兴产业的人才需求，适度超前培养人才。

卓越计划实施的层次包括